矿山碎矿工艺PLC集中控制改造与网络重构.pdf

第 3 4卷 第 5期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 3笠 1 0 月 矿山碎矿工艺 P L C集中控制改造与网络重构 殷贵生 江西铜业集团公司 永平铜矿， 江西铅 山 3 3 4 5 0 6 [ 摘 要] 描述 了永平铜矿选厂碎矿工艺集中控制 系统要 求， 分析 了 P L C控制 系统组建的基本思路及 网 络结构的配置． 阐述了主体设备电气控制和碎矿 圆锥恒功率控制 系统思路 。改造后， 清晰高效的网络结构解决 了数据传输的瓶颈问题。使用 WE B浏览方式使管理者、 调度 员能实时监控生产流程和设备状态， 使生产管理 达 到较 高水平 [ 关键词] 碎矿 ； P L C； 联锁保护； 网络结构 ； P r o fi b u s 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 3 4 5 2 0 1 3 0 5 0 0 3 1 0 3 P LC Ce n t r a l i z e d Co n t r o l M o d i fic a t i o n a n d Ne t wo r k Re c o n s t r u c t i o n f o r M i n e Cr u s h i n g Pr o c e s s YI N Gu i s h e n g Y o n g p i n g C o p p e r Mi n e o f J i a n g x i C o p p e r C o r p o r a t i o n ， Y a n s h a n ， J i a n g x i 3 3 4 5 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r d e s c r i b e s t h e c e n t r a l i z e d c o n t r o l s y s t e m r e q u i r e mIe n t o f c r u s h i n g p r o c e s s i n c o n c e n t r a t o r o f Yo n g p i n g c o p p e r mi n e ，a n a l y z e s b a s i c i d e a s a n d n e t wo r k s t ruc t u r e c o n fi g u r a t i o n o f P L C c o n t r o l s y s t e m c o n s t r u c t i o n ，a n d p u t s f o r w a r d s e v e r a l t h o u g h t s o n ma i n e q u i p me n t e l e c t r i c a l c o n t r o l a n d c rus h i n g c o n e c o n s t a n t p 0 e r c o n t r o l s y s t e m．C l e a r a n d h i g h e f f i c i e n c y n e t wo r k s t ruc t u r e c a n s o l v e b o t t l e n e c k p r o b l e m o f d a t a t r a n s mi s s i o n a f t e r mo d i fi c a t i o n ． WEB b r o w s i n g me t h o d C a ll b e u s e d f o r ma n g e r a n d d i s p a t c h e r t o mo n i t o r p r o d u c t i o n fl o w a n d e q u i p me n t s t a t e ， a n d h i g h p r o d u c t i o n ma n a g e me n t l e v e l c a n b e a c h i e v e d ． Ke y wo r d s c ru s h i n g ； P L C ； i n t e r l o c k p r o t e c t i o n ； n e t wo r k s t ruc t u r e ； P r o f i b u s 1 改造 原因 江西铜业股份有限公司永平铜矿选厂碎矿控制 系统 ， 初期投产时采用的是继电器集中联锁控制 。 在 运行过程中， 该系统历经数次局部改造， 并在主体设 备更新 的同时引入了新 的单机控制器 。虽然在以往 改造及新添加控制器 中， 完成 了与主控系统的数据 共享、 集中控制等功能， 但改造建设只考虑了局部控 制系统 的实用性 ， 未从全厂 自动化层 面考虑控制系 统的兼容性 ， 造成碎矿控制系统平 台的网络组建不 合理、 控制设备间匹配I生 差、 数据交换效率低。 如 整 个 碎矿系统是基于西 门子 S 7系列 P L C建设 的 ， 但 圆锥改造时设备却配置了第三方 P L C控制器中细 碎操作员站与 P L C的通讯采用 M P I 方式， 通信数据 带宽较小， 出现瓶颈。 因此 ， 该系统在生产过程 中表现 出通讯故障频率高v 生产控制稳定性比较差的情况。 本文拟对该厂的改造方案进行分析 。 该方案对 现行控制系统的控制方式、 控制器的选用及网络结 构进行了改造， 统一了各个工段数据上传的格式， 使 生产管理、 运行更加高效 、 顺畅。 2 控制 需求 2 ． 1 控制程序分析 碎矿系统具有流程长 、 矿料运送方 向多变 、 矿石 处理过程 中设备 台套数多的特点 。 碎矿工艺中粗碎 分为 I 、 I I 两条流程 ， 中细碎分为 I 、 I I 两条流程。 两条 流程运行方式有“ 粗 I 中细 I ” 、 “ 粗 I 中细 I I ” 、 “ 粗 I f 中细 I ” 、 “ 粗 I I 中细 I I ” 等模式， 矿料方向由换向 皮带实现， 后期因“ 露转坑采” 项 目的投入 ， 来料方向 上又增加 了井下皮带。 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 2 1 作者简介 殷贵生f 】 9 5 8 ， 男， 主要从事电气自动控制和电气设备运行管理工作。 ． 3 2． 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 4卷 碎矿主控 P L C与井下 3 、 4 、 5 皮带 P L C共同 完成在联锁 自动启动时的铃声预警 ，根据生产需求 选择好流程配合后， 按矿料来源的逆方向联锁开机， 在开机过程 中和完成后实现联锁保护。 单体设备故 障时， 故障设备保护停机同时瞬时停止物料来源方 向皮带及设备运行， 确保不堆料； 故障经人工干预并 解除后， 在操作员允许的情况下， 联锁开机功能可实 现从故 障设备起重新联锁开机 ； 在操作员发现重大 故障或其他特殊情况下， 系统具有紧急停车功能， 在 急停状态下， 所有设备立即带料停车。 在碎矿联锁停 车时 ， P L C按照矿料来源方向顺序停止皮带及设备 ， 给定设备间联锁停机间隔时间， 使皮带等设备在联 停后矿料卸载完毕⋯ 。 圆锥功率闭环控制 P L C根据圆锥功率 回馈 ， 手 动或经 P I D运算对 圆锥给矿量进行 自动控制 ， 监控 圆锥工作状态， 故障时进行联锁保护。 圆锥润滑控制 P L C对圆锥润滑系统两台油泵、 冷却泵的运行进行 控制 ， 油温过低时启动加热器加热， 监控油箱油位并 于越限时报警。 2 _ 2 主体设备电气控制 粗碎 、 给矿系统和皮带 、 中细碎恒定给矿控制及 其他辅助系统f 如润滑等 的电控设计要求在系统操 作上分为就地单机运行 、 就地联锁运行 、 中控单机运 行、 中控联锁运行四种模式。 就地单机运行模式供设 备检修维护使用。 就地联锁运行模式在 P L C系统故 障时则能实现简单的联锁开关系统 ， 具有简单的联锁 保护功能。 中控单机运行模式由P L C控制， 控制权在 中央控制室 ， 做到各个设备单机运行控制 ， 主要是在 维护联调时使用 日常生产时系统运行在中控联锁 运行模式下[2 1 。 在各被控设备机旁控制箱 配电箱1 上 设 1 二 作模 式选择开关 ， 开关设定的状态反馈至 P L C 。 该选择开关处于就地位置时， 二次控制 回路脱 离 P L C输出继电器 ， 完全由机旁控制箱按钮控制设 备 ； 选择开关处于中控位置时， 二次控制回路脱离机 旁控制箱控制 ， 由 P L C接管 。 该选择开关具有运行 控制的最高权限。 3 改造方案 3 ． 1控制器配置 碎矿工艺设备数量较多， P L C使用的台套数也 较多 ， 整个控制系统分布如下 碎矿工艺粗碎f 老虎 口1 控制器采用 s 7 2 2 6 C N P L C控制， 后台配备工控 机 ， 处理露天采矿矿料 3 、 4 、 5 皮带处理井下采矿 矿料 ， 由 S 7 3 0 0 P L C控制 ； 中碎圆锥 、 细碎 圆锥 、 碎 矿工艺地表矿料传送皮带联锁由 s 7 3 0 0 C P U 3 1 4 碎矿主控 P L C控制 中碎 圆锥 、 细碎 圆锥的润滑系统 交 由 S 7 2 2 6 C N C P U 3 1 2 7 2 2 6 C N P L C控制 圆锥 功率闭环控制系统 由 C P U 3 1 5 7 2 2 6控制 ； 新圆锥 由 A B P L C控制 。 P L C各 司其职 ， 完成局部控制 ， 并 与其他相关 P L C交换数据、 联锁， 完成矿料处理和 输送 ， 实现联锁开停机 、 设备联锁保护 ， 同时将本T 艺段的生产数据上传至厂调度室监控管理。 粗碎设有控制室 ， 粗碎 P L C上位机安装于粗碎 控制室 ， 通过工业以太 网连接至碎矿控制室。 碎矿主 控 P L C及其上位机 、 圆锥功率闭环控制 P L C及其上 位机置于碎矿控制室o P L C系统由 C P U、 电源 、 底板 、 存储卡及 1 0卡件等组成I31 。 本系统 P L C开关量输入 做继电器隔离 ， 根据现场反馈点的情况f 有源或无源1 设计输入回路 ， P L C开关量输 出做继电器隔离 ， 送至 现场机旁控制箱的二次回路。 模拟量输入选择信号 隔离器隔离 ， 防止干扰。 在碎矿 中细碎流程 中给矿量 、 矿石性质 的变化 会造成圆锥破碎机效率的下降或产生故障。圆锥破 碎恒功率控制系统通过对给定的圆锥主轴功率与检 测到的主轴功率反馈值进行 比较 ， 经 P L C内部 P I D 运算 ， 调整变频器控制给矿 电机 ， 对圆锥进矿量进行 控制 ， 使圆锥处于最佳工作状态。该子系统配置 s 7 3 0 0 P L C ， 人机对话界面并人碎矿主控操作员站。 3 ． 2 系统通信 3 ． 2 ． 1 网络结构 改造 目的是重建碎矿控制系统网络， 使该系统各 工艺 P L C子站与主站的网络结构清晰 、 数据交换通 畅， 并降低维护工作量和维护难度。 改造方案采用了 通用的 P r 0 fi b U S -- D P总线 网络结构 ， 提高了通讯速度 ， 增加了网络的稳定性和开放性。P r o fi b u s D P总线具 有 国际化 、 开放式的特点 ， 广泛用于制造业 自动化 、 流程工业 自动化和楼宇 、 矿山、 交通 电力等其他领域 自动化。 P r o f i b u s 是适用于工厂 自动化车间级监控和 现场设备层数据通信与控制 的现场总线技术 ， 可实 现现场设备层到车间级监控的分散式控制和现场通 信网络『4 ]。 碎矿控制系统各 P L C通过 P r o fi b u s D P 与 上位机通讯 ， 各上位机通过工业 以太网将数据传送 至选厂控制室。 碎矿工艺 中粗碎f 老虎口1 控制器原采 用第三方监控软件， 此次改造 中选用 WI N C C监控软 件 ， 人机界面重新编制并且组态 ； 原圆锥功率闭环 第 5期 矿 山碎矿工艺 P L C集 中控制改造与网络重构 ． 3 3． P L C C P U 3 1 5 2 D P 删除了多余的 7 2 0 0 D P 从站 ， 优 化了功率闭环系统 。 3 ． 2 ． 2 远程监控 的实现 对已有的局域网进行扩展 ， 将已到选厂调度室的 端 口延伸到各个控制室 、 工段办公室。 选矿厂内工控 机、 工段管理用 P C机组成厂级局域网。运用 WE B 、 O P C 技术 ， 将工业控制系统中各个监控点 的数据进行远传 f T C P ／ I P 1 ，使用 P C中内置浏览器即可显示工业现场 的实时数据和画面 ， 使调度中心、 各级管理人员和其 它相关人员通过 网页浏览 的方式对生产现场进行实 时监视， 为远程生产管理提供实时数据； 为领导层决 策提供依据。 运用该技术还能够将现场的动态模拟画 面远传， 向用户提供直观的现场监控流程画面， 使熟 悉工艺的用户看到动态工艺流程图圈 。 系统改造见图1 。 4 结语 图 1 系统改造说明 碎矿工艺设备台套数多， 矿石流向、 来源复杂， 在设计 P L C控制系统时除 了按工艺要求实现联锁 停 、 联锁保护外 ， 需充分考虑到设备安全 、 人身安全。 建立清晰、 高效的网络结构， 易于维护， 能提高数据 通道带宽 ， 解决数据传输的瓶颈问题 。 使用 WE B浏 览方式使管理者、调度员能实时监控生产流程和设 备状态 ， 使生产管理达到较高水平 。 参考 文献 [ 1 ]H G ／ T 2 0 5 7 3 1 9 9 5 ， 分散型控制系统工 程设计规定[ s ] ． 【 2 ]GB 4 2 0 8 ， 电气设备安全设计导则【 s J ． [ 3 】H G 2 0 5 0 7 ， 自 动化仪表选型规定[ s 】 ． [ 4 ]西 门子 公司． S I MA T I C s 7 模块 化 控 制 器 的全 球 基准 [ E B／ O L ] ． ． 2 0 1 3⋯ 0 5 1 0 h t t p ／ ／ w w w．i n d u s t r y ．s i e m e n s ． C O B．e n ／ a u t o ma t i o n ／ c n ／ z h／ a u t o ma t i o ns y s t e ms ／ i n d u s t r i a l -a u t o ma t i o n ／ s i ma t i cc o n t r o l l e r ／ s i ma t i c s 7 - c o n t r o l l e r ／ Pa g e s ／ De f a u h．a s p x ． 【 5 】H G ／ T 2 0 6 3 6， 自控专 业设 计管理规定I s 】 ．